现代教育背景下工科专业课程作业改革探索

赵静，颉瑞明，李寿图，李银然

（1.兰州理工大学 能源与动力工程学院，兰州 730050；2.兰州市第六十四中学，兰州 730050）

工科专业课一般都承担着培养学生运用相关理论表达、分析、研究和解决复杂的工程问题能力的目标。我国学生人数多、课堂学时有限，新工科人才的核心素养如设计思维、工程思维、批判性思维和数字化思维，沟通协商能力等难以在课堂上得到训练提升，而作业是学生将知识整合到自己认知结构的必要过程。有学者明确指出“作业本身不是课堂教学的附庸，而是学生获取知识、运用知识、解决问题的学习过程，是认知活动和情感活动同时发生发展的过程。”因此，有必要重新思考目前作业的设计目标、策略及评价反馈是否符合现代教育的需求。

一、工科专业课程作业现状

早期，社会重视科学技术，教育为知识性教育，重视知识的传授与吸纳，形成以“教材为中心”的教育格局。作业的设计以巩固知识、训练技能为目标；形式以纸质演算为主；内容则是教科书内容的“转移”，对某一公理、定理、定律或推论的验证或简单应用，抽象、重复；评价以简单的“A”“B”等级进行，反映了学生对知识的完成情况、掌握程度。该作业情况满足当时教育的需求，为社会培养出具有扎实基础知识和基本技能的人才。

随着社会的快速发展，社会对人才的需求趋向多元化，教学也出现了不同于课堂讲授的翻转课堂、混合式教学和项目式教学等形式，学生学习方式趋向碎片化、多元化和个性化，导致目前作业实施过程中出现大量问题。不同学者的调查发现都揭示了一些不可忽视的客观事实，老师和学生并没有深刻认识到作业的教育价值，对作业的态度较为消极。教师认为“作业是学生自己的事情”，只是一个巩固知识、训练技能的过程，只在乎学生“有没有做”“做的怎样”，不考虑学生如何做，作业设计是否全面、合理，是否适应大部分学生等问题。在高校“重科研、轻教学”的评价机制下，甚至有些教师布置作业仅仅是为了应付学校的教学管理，并不认真批改、有效反馈学生作业情况。学生对待作业缺乏主动性，出现了严重的抄袭现象。任美霖以山西大学教育学专业为例的调查表明，1/3 的学生认为大学里没有必要布置作业，57%的学生认为大学作业是必不可少的，其他学生对作业的必要性持可有可无的态度。李书伟等调查结果显示：大学生能独立完成一切作业的占30.9%，经常照抄他人作业的占11.7%，靠自己做与照抄他人相结合来完成作业的占35.8%。余燕平等开展了问卷调查，并将学生对于作业的态度及对于抄袭作业的认识进行了均值分析，结果表明学生认识到作业的重要性，但仍存在较多的应付和抄袭作业的现象。由此可见，早期作业模式的种种弊端已经显现，甚至无法达到学生巩固知识、训练技能的目标，不再适应社会发展需要。因此，必须对作业设计目标、策略、内容和评价进行改革，充分发挥作业的教育价值，培养学生专业核心能力和综合素质能力，以满足社会发展对人才的需要。

二、作业的设计策略

现代社会是以人为本的时代，因此，教育应以“学生为中心”，更关注学生的现实需要和未来发展，更注重开发和挖掘学生自身的禀赋和潜能，更重视学生自身的价值及其实现，并致力于培养学生的专业核心素养和综合素质，从而不断提高人的生存和发展能力，促进人自身的发展与完善。作业作为教育的一个重要环节，不能单纯地以巩固知识、训练技能为目标，还应以培养学生的团队精神、沟通表达、设计思维和工程思维等能力为目标，并要注重学生个体差异、学生自身价值的实现和充分挖掘其自身的潜能。余燕平也指出作业中存在的两个瓶颈问题为“作业缺乏个性化设计”和“批改反馈不及时”。因此，作业的模式、内容和形式等方面的设计需要更全面的考虑，以适应现代社会、教育的发展。

（一）作业模式

通过前面的论述可知，作业是教育中非常重要的环节，具有多重目标。其中巩固知识、训练技能仍然是基础，但不是终点，终极目标是培养学生运用知识、技能解决复杂工程问题、进行科学研究和终生学习等能力。故作业应由多方面构成：基础题+发散题+知识拓展+项目式作业。基础题基于章节重难点灵活设问，为课后紧跟式作业，有助于学生形成对知识典型的、关键的特征认识，尽快建立起该方法所需要的抽象思维能力。发散题偏向解决实际工程问题，培养学以致用、独立思考等能力。知识拓展是推荐该课程相关文献及视频音像等资料，增强学生的学习兴趣，拓宽知识面，培养其终生自主学习的能力。项目式作业以复杂的工程问题为背景、围绕课程的核心知识点设计题目，要求以小组为单位完成，题目开放性很强，需要学生自主识别问题结构并综合运用所学专业知识，重在培养学生的团队精神、沟通表达、设计思维和工程思维等能力。

（二）作业内容

为达到作业的多重任务目标，内容必须由千篇一律向多样性变化、由统一走形分层化。余燕平也指出目前作业的瓶颈问题之一是“作业缺乏个性化的设计”。

1.内容丰富

传统作业内容单一，仅仅是教材内容的转移，局限于对某一公理、定理、定律或推论的验证或简单应用，在网络发达的今天，经典题目随处可见，缺乏吸引力、挑战性，不能激发学生学习的兴趣、锻炼学生的能力且无法达到因材施教的效果。研究表明，大学生完不成作业的主要原因之一是“对该课程不感兴趣”，即认为该课程无用、单调且乏味，导致学生学习动力不足。何汶静等的调查结果也显示兴趣是作业质量的显著影响因素。王乐宇等对大学生作业取舍倾向进行了调查研究，发现学生内心还是渴望完成更具有难度、更有吸引力，能够充分发挥其主观能动性与创新力的个性作业。因此更好地将核心知识点与实际工程问题相结合，为体现出学生个体差异化，设计作业时可以从管理、设计、安装、调试和运维等不同方面去阐述同一个问题，以丰富作业内容、提高学习兴趣。例如，针对典型电网事故如1996 年8 月10 日美国西部大停电事故，结合电力工程知识，分析事故原因，从电网结构、继电保护、调度管理制度和运行维护等方面评论、并提出相应措施防止事故重演。学生可以结合自己的特长，有的同学擅长管理，有的同学知识理论扎实擅长设计，有的同学了解运维，分别从某一角度分析。

2.内容层次性

传统作业内容结构单一，局限于基础性题目，只能起到巩固知识、训练技能的目标，缺乏发散性、综合性的作业，无法实现学生专业核心素养与综合素质提升的目标；其次，传统作业实行“一刀切”，没有层次，脱离学生实际情况，不利于学生通过作业练习得到充分发展，无法实现学生自身价值，难以挖掘其自身的潜能。

作业结构要有层次。基础题如“变压器的调压方式有哪些？各有什么特点？”；发散题如“风电场中主变压器常采用的调压方式是哪种？为什么？”；综合题如“酒泉某风电场有30 台机组，单机容量为2 MW，机组输出端电压由箱式变压器升压到35 kV，经主变压器并入110 kV电网，确定该风电场主变压器型号？”三道题都是针对变压器类型这个知识点，第一题只能强化记忆；第二题是对所学知识的简单应用，需要综合考虑风电场输出端电压特点与变压器各种调压方式的特点，锻炼了学生解决问题的能力；第三题最接近工程实际，需要考虑多方面因素如主接线形式、变压器台数、容量、型式、经济性、运输和安装条件等，需要小组协作完成，可以很好地锻炼学生的专业核心素养及综合素质。经过这样的作业过程既能巩固知识、训练技能，还能在此基础上提升能力，最后内化为学生的素养、素质。

作业难度要有层次。调查显示，51.0%的学生表示出现理工课程的抄袭现象是因为作业“太难了”。每个学生的基础、接受能力和潜质是不一样，但经过长期的教学，最终都要达到相同的目标。这就如同举重运动员训练的时候，每个人的身体体质不同，教练则会安排不同的训练课程、不同的负重和循环次数，以此提升每名运动员的负重能力。基础好、接收能力强、学习主动的学生，基础题少一些，基于实际工程的综合应用题多一些；而对于基础较差的学生，则要降低作业的难度，比如将综合应用题拆解成单一的知识点分别命题，将完全记忆型的填空/简单题换成具有提示性的选择题，将条件简单的计算题换成条件丰富的题。针对不同层次的学生布置不同难度、不同量的作业，照顾到每个层次的学生，使所有学生都获得学习满足感、积累学习的自信心，从而激发学生学习动力，形成良好学风。

（三）作业形式多样化

随着社会的发展，信息传播方式日趋多样化，科技越来越先进，单一的纸质作业形式已不能适应学生多元化、个性化的学习方式，也不能满足教育需求。教师需要围绕核心知识点和教学目标，设计一些多媒体作业、虚拟仿真作业及实践类作业，供学生选做，以便学生发挥特长、提高学习兴趣。在完成这种作业的过程中，学生不但巩固训练了题目所涉及的基础知识和技能，同时培养其推演、表达、沟通、团队协作、计算机应用和动手等能力。例如，针对某变电站设计其电气主接线，制作PPT、演说设计依据及特点，最终以视频形式交作业；也可以撰写成设计报告。在计算机上建立上述电气主接线的虚拟仿真模型，进行潮流分析、短路电流的计算，电力系统中设备的选型。依据电力系统相关知识点，设计、连接和调试某线路的三段式电流保护装置。上述作业涉及到的电气主接线、各种电气设备和继电保护等大量知识点，对PPT 制作、视频录制、报告撰写、电气系统软件应用、数据分析、资料收集、表达和电气设备布局接线等各方面能力都有需求，且工作量大，因此需小组成员相互配合，才能更好地完成作业。

三、作业的评价反馈

评价反馈是作业过程必不可少的一个环节。调查研究发现，学生学习存有功利性、懒惰心理，并且一些学生自主学习能力差，只有不足60%的同学能自觉完成作业，因此批改作业能起到督促的作用。还有学者调研分析，学生作业中存在答题不符合要求、答题不全面及抄袭现象等问题，而及时进行答题指导、全面反馈作业情况是解决上述作业问题的一项重要措施。作业评价反馈除了具有检查教学质量和学习效果的功能以外，更重要的是及时、全面、合理及有效的评价反馈可以指导教师有针对性地改进教学方案，可以使学生全面了解自己、培养其学习自信心和积极性。早在1974 年，Schone等研究各个大学生的数学成绩时就发现，那些作业得到教师反馈的学生，其学业成绩要明显高于那些没有得到反馈的学生。密苏里州大学的凯西（Cathy）指出：“教学所必需的不是评分而是反馈，反馈存在两个目的，一是促进教学和总结性评价中的成绩；二是增强学生自主学习和自我评估的权利。”

（一）作业评价

评价内容必须全面、合理，即紧密围绕专业培养目标、课程教学目标展开。目前工科专业以培养基础理论扎实、工程能力强和综合素质高全面发展的人才为目标。不再单纯考察知识、技能的掌握程度，而将目标转移到了解决复杂工程问题的能力上。因此，评价点不仅限于知识、技能的掌握程度，还涉及到分析解决问题、团队协作、沟通、使用现代化工具及终身学习等能力的高低。根据不同专业、不同课程的性质和要求，制定具体的作业评价标准，确定不同点占据的权重系数，对学生各方面进行合理地评价。

作业评价不仅具有管理性功能，更重要的是具有发展性功能。目前作业评价采用的横向对比方式，主要起到管理性功能。“横向对比”以一定范围内学生的学习程度作为依据，重在学生间的比较，可以作为学校评奖、评优的依据，对学生起到一定的激励作用。作业评价还有另外一种方式“纵向对比”，以学生自身发展为依据，强调学生前后的自我变化，以引导学生全面了解自己、培养其学习自信心和积极性为目的，发挥作业评价的发展性功能。

表1 给出了某实验的评价指标点及评分标准，指标点集中在对实验原理的理解程度、实验过程的操作熟练度和报告撰写是否标准等方面，以结果的准确与否来评分，主要反映了知识和技能的掌握程度，而没有体现出对能力的评价及纵向对比的内容。在评价指标点方面需增设评价能力的相关指标点，如根据实验目标设计实验方案的能力；实验操作执行能力；实验现象的观察能力；数据分析处理能力；各成员间的配合、协作及沟通能力等。评分标准需分成两个方面，一个方面即表1 中给出的评分标准，用以“横向对比”；另一个方面，强调学生的进步，对比进行实验前后学生各方面知识、技能及能力的变化，主要进行定性的说明，用以“纵向对比”。

表1 某实验的评价

（二）作业反馈

作业反馈要讲究时效性、全面性及有效性。时效性即每次问答、作业及考试完成后，及时把评价结果反馈给学生，能及时令其发现问题，调整努力方向，更快地进步。由于人习性和记忆的客观规律影响，大多数人在刚完成作业时，有很强的意愿核对答案并改正，这种意愿随着时间地推移逐渐减弱，应抓住这段黄金时期，及时反馈。反馈时要全面，目前多数反馈仅是简简单单的一个分数，学生只能认识到自己与他人还有差距，但不清楚自己差在哪里，又有哪些优势。所以反馈要具体落实到每一个可以操作的指标点，让学生认识到哪个方面有进步，哪个方面有欠缺，并给出改进建议，这样才有利于督促和指导学生的学习。如上所述，目前的评价指标点很多，但没有与学生个体相结合，直接反馈给学生未必有效。有效性指反馈评价结果时要讲究方式、方法，考虑学生的性格、接收能力及适合鼓励还是要惩罚等实际情况，以引导学生认识到自己课程学习上的变化、作业的完成情况，从而使学生进行自我反思和改进，促进其学习和发展。反馈时不能只给出知识性的评价，还要融入人性化的内容。例如，两个性格截然不同的学生——一个学生容易骄傲自满，另一个学生比较自卑，容易低估自己。即使作业完全相同，反馈也要区别开，对于容易骄傲自满的学生要弱化其取得的成绩，倾向于表达该生在哪些方面还有进步空间；对于自卑的学生要突出反映该生取得的进步、弱化不足。

四、结束语

在早期教育中，以教材内容为“转移”、纸质演化为主的传统作业起到了巩固知识、训练技能的作用，符合当时的社会需求和教育目标，达到了相应的教育功能。但是随着社会与科技逐渐发展，社会的需求及教育目标均发生了改变。作业作为教育中重要的一个环节，需要从其模式、内容、形式和评价反馈各个方面进行改革。作业模式调整为“基础题+发散题+知识拓展+项目式作业”，有利于培养学生专业核心素养和综合素质。作业内容要丰富、分层次，围绕核心知识点、从工程管理、设计、安装、调试和运维等不同角度去阐述问题，以此丰富作业内容，既培养了学生解决复杂工程问题的能力，又体现出了学生的差异性，因材施教；作业难度分层次，可以照顾到每个层次的学生，使所有学生都获得学习满足感、积累学习的自信心。作业形式多样化，既适合现在学生个性化、多元化的学习方式，又能培养学生推演、表达、沟通、团队协作、计算机应用和动手等能力。作业的评价反馈要全面、合理、及时和有效。作业评价点要紧密围绕专业培养目标、课程教学目标展开，分别进行“横向对比”和“纵向对比”，及时、有效和全面地向学生反馈，实现作业评价反馈的管理性功能和发展性功能，引导学生正确认识自己学习上的变化、促进其学习和发展。